L'écorce fait la force
Publié par Adrien le 07/08/2018 à 00:00
Source: CNRS

Epicéa commun
Illustration: Wikimedia Commons/Qgroom
Quelles forces permettent à un arbre de se tenir droit ? Pour pousser droites, les plantes ont besoin d'un système moteur qui contrôle leur posture en générant des forces pour lutter contre la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). Les scientifiques ont longtemps pensé que cette fonction motrice n'était contrôlée que par les forces internes du bois. Des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) et du Cirad montrent, dans une étude publiée le 4 août 2018 dans New Phytologist, que l'écorce (L'écorce est le revêtement extérieur du tronc, des branches et des racines des arbres, et plus généralement des plantes ligneuses.) est aussi impliquée dans la génération de contraintes mécaniques chez plusieurs espèces d'arbres.

La position verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) est instable, pour les arbres comme pour les hommes, des mécanismes sont nécessaires pour contrer l'effet de la gravité. Pour assurer leur croissance verticale, les arbres ont besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes...) à la fois d'un système "squelettique", qui est obtenu par la rigidité et la résistance du tronc (Un tronc peut être :), et d'un système "moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la...)" pour contrôler leur posture (En posturologie, la posture est l'élaboration et le maintien actif de la configuration des différents segments du corps dans l'espace, elle exprime la manière dont l'organisme affronte les stimulations du monde...) en générant des forces compensant l'effet de la gravité. Bien que la fonction squelettique de l'écorce ait été démontrée, sa fonction motrice (en tant que "muscle (Les muscles sont une forme contractile des tissus des animaux. Ils forment l'un des quatre types majeurs de tissus, les autres étant le tissu épithélial, le tissu conjonctif, le tissu nerveux. Ce tissu forme, avec le...)" de l'arbre) a généralement été ignorée dans les études biomécaniques et écologiques, le bois étant considéré comme le seul tissu de l'arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en général au delà de sept mètres. Les...) ayant des fonctions mécaniques actives.

Pour comprendre le rôle de l'écorce, des chercheurs du laboratoire Ecofog (CNRS/AgroParisTech/Cirad/Inra/Université de Guyane/Université des Antilles) et du laboratoire LMGC (CNRS/Université de Montpellier)(1) ont cultivé des espèces tropicales de façon inclinée. Dans la tige (La tige est chez les plantes à fleurs, l'axe, généralement aérien, qui prolonge la racine et porte les bourgeons et les feuilles. La tige se ramifie généralement en branches et rameaux...) de ces jeunes arbres tuteurés se développent des forces, qui entrainent immédiatement une courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins courbé » de cet objet. Par...) de la tige quand le tuteur est supprimé. Chez certaines espèces, quand l'écorce de la tige est enlevée, cette courbure est annulée ce qui démontre que les forces responsables du redressement sont localisées dans l'écorce.

Le mécanisme générant ces forces est lié à la structure particulière de l'écorce, où les fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) sont organisées sous forme de treillis (2). Lors de la croissance en épaisseur de la tige, le développement des couches de bois fait augmenter la circonférence de l'écorce. L'organisation (Une organisation est) en treillis des fibres dans l'écorce est telle que cette contrainte génère des forces orientées le long de la tige. Si la tige est inclinée, la croissance est plus rapide du côté supérieur de la tige, conduisant à une asymétrie (L'asymétrie est l’absence de symétrie, ou son inverse. Dans la nature, les crabes violonistes en sont des exemples spectaculaires.) des forces générées. C'est cette asymétrie, qui permet à la tige de se courber vers le haut. Chez cinq des neuf espèces d'arbres étudiées, la génération des forces permettant à l'arbre de lutter contre la gravité n'est donc pas due uniquement à la maturation des parois des cellules du bois, mais à la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air brassé par un moteur, dans le sens inverse de l'avancement.) du bois sur ce treillis de fibres, astucieusement organisé dans l'écorce.

La nature a résolu un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) infini (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus, « limité »), est un adjectif servant à qualifier...) de problèmes d'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la responsabilité de la construction et au contrôle des équipements d'une installation technique ou industrielle.). La nécessité des arbres à pousser verticalement en optimisant l'organisation de leurs tissus est aujourd'hui une source potentielle d'inspiration remarquable pour la science des matériaux (La science des matériaux regroupe les domaines qui étudient la matière qui constitue les objets. Cela va des roches (en géologie) aux métaux en passant par les matériaux de construction (génie civil), les polymères (plastiques,...).

Notes:

(1) Ecofog: Ecologie des forêts de Guyane et LMGC: Laboratoire de mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce...) et de génie civil (Le Génie civil représente l'ensemble des techniques concernant les constructions civiles. Les ingénieurs civils s’occupent de la conception, de la...).
(2) Un treillis est un assemblage de barres ou de câbles formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la hauteur perçue est haute et inversement. Chaque voyelle se caractérise par...) un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit...) mobile à maille losanges.
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